JP6782203B2 - 発熱量推定方法、発熱量推定装置、及びごみ貯蔵設備 - Google Patents

Description

本発明は、ごみ焼却炉に供給されるごみの発熱量を推定する技術に関する。

従来から、ごみを焼却するごみ焼却炉と、ごみ焼却炉から排出される燃焼排ガスから熱を回収するボイラとを含むごみ焼却プラントが知られている。ごみ焼却プラントで処理されるごみの性質（ごみ質）は、ごみ焼却炉の燃焼条件を管理・設定する上で重要な指標となる。しかし、ごみ焼却プラントに持ち込まれるごみは、種々雑多な物質が混在するために、ごみ質は一定ではない。なお、ごみ質の主な項目には、水分、灰分、可燃分、及び発熱量などがある。

そこで、ごみ焼却炉の安定した燃焼制御を実現するために、ごみ焼却炉に供給されるごみを、予めごみピット内に収容して撹拌することによりごみ質を均質化させてから、ごみ焼却炉に供給する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、２台一対のカメラでごみピットに堆積しているごみ（以下、「堆積ごみ」と称する）の高さ及びその色調を撮像し、撮像画像のステレオ視差を利用してごみピット内のごみ高さを計測し、また、所与のごみ色調マップを利用して撮像画像の堆積ごみの色調から堆積ごみ中の異質ごみを特定し、計測したごみ高さを利用して特定された異質ごみをクレーンで攪拌することが記載されている。なお、特許文献１では、ごみの色調に基づいて、都市ごみ等の一般ごみと、粗大ごみを粉砕した異質ごみとが識別される。

また、例えば、特許文献２では、投入口からごみピット内へ投入される過程のごみを撮像し、ごみの質及び量に関する所与の投入ごみ情報と撮像画像とに基づいて投入されたごみの個別の大きさ或いは量及び質を推算し、撮像画像に基づいてごみの落下軌跡を推算し、それらの推算された情報に基づいてごみピット内の堆積ごみの量及び質の分布状態を推算することが記載されている。更に、特許文献２では、ごみ質の分布状態において区分された領域間の差が所定範囲を超えていればごみピット内を撹拌し、ごみの量及び質が所定範囲内にあるときにごみピットからごみをごみ焼却炉へ移送することが記載されている。

特開２００７−１２６２４６号公報 特開２０１１−０２７３４９号公報

ごみ質のなかでも、とりわけ発熱量はごみ焼却炉の運転制御に重要である。特許文献１では、ごみピット内の堆積ごみの表面の撮像画像を用いて異質ごみを特定していることから、堆積ごみの表面にある異質ごみしか特定することができない。また、特許文献２では、収集されたごみの種類（ご家庭ごみ、事務系ごみ又は商業系ごみ）によってごみ質を概ね区分し、所与のデータベースを利用して、発熱量を含む投入ごみ情報を作成することが記載されている。しかし、ごみ質は季節などによっても変動することが知られており、同じごみの種類であってもごみ質が変動するたびに投入ごみ情報を作業者が更新しなくてはならない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ごみピット内の堆積ごみの発熱量を推定する技術であって、ごみピット内のごみのごみ質の変動の有無にかかわらず、比較的高い精度でごみの発熱量を推算できるものを提案することにある。

本発明の一態様に係る発熱量推定方法は、
Ａ１）焼却炉に供給されるごみを貯蔵するピット内のごみの撮像画像を所定の複数のセルに分割し、前記セルの各々について前記撮像画像の輝度値ヒストグラムを作成し、
Ａ２）前記輝度値ヒストグラムに基づいて所定の分類基準によって前記セルの各々を複数のラベルに分類し、
Ａ３）前記複数のラベルのうち或るラベルに、そのラベルに分類された前記セルのごみを前記焼却炉で焼却したときの発熱量を直接的又は間接的に表す発熱量評価値を与え、
Ａ１）〜Ａ３）を繰り返して得られた前記発熱量評価値が与えられたラベル群を前記発熱量評価値に基づいて所定の数のクラスタにクラスタ分析し、
前記クラスタ分析の結果から、前記クラスタの各々について前記ラベルごとの出現率を任意の補正値により数値化した重みを求め、
以上を繰り返して得られる前記重みの累計値を期待値と規定し、前記複数のラベルのうち任意のラベルについて前記クラスタの前記期待値をそれぞれ求め、前記期待値が最も高い前記クラスタの前記発熱量評価値に基づいて前記任意のラベルに分類される前記セルのごみの発熱量を推算することを特徴としている。

また、本発明の別の一態様に係る発熱量推定装置は、
Ｂ１）焼却炉に供給されるごみを貯蔵するピット内のごみの撮像画像を取得し、
Ｂ２）前記撮像画像を所定の複数のセルに分割し、前記セルの各々について前記撮像画像の輝度値ヒストグラムを作成し、
Ｂ３）前記輝度値ヒストグラムに基づいて所定の分類基準によって前記セルの各々を複数のラベルに分類し、
Ｂ４）前記セルのうち或るセルについて、そのセルのごみを前記焼却炉で焼却したときの発熱量を直接的又は間接的に表す発熱量評価値を取得し、
Ｂ４）前記複数のラベルのうち前記或るセルが分類されたラベルに取得した前記発熱量評価値を与え、
Ｂ１）〜Ｂ５）を繰り返して得られた前記発熱量評価値が与えられたラベル群を前記発熱量評価値に基づいて所定の数のクラスタにクラスタ分析し、
前記クラスタ分析の結果から、前記クラスタの各々について前記ラベルごとの出現率を任意の補正値により数値化した重みを求め、
以上を繰り返して得られる前記重みの累計値を期待値と規定し、前記複数のラベルのうち任意のラベルについて前記クラスタの前記期待値をそれぞれ求め、前記期待値が最も高い前記クラスタの前記発熱量評価値に基づいて前記任意のラベルに分類される前記セルのごみの発熱量を推算することを特徴としている。

また、本発明の別の一態様に係るごみ貯蔵設備は、
焼却炉に供給されるごみを貯蔵するピットと、
前記ピットのごみを前記焼却炉へ搬送する搬送装置と、
前記ピット内のごみを撮像するカメラと、
前記カメラの撮像画像を利用して前記ピット内のごみの発熱量を推算する前記発熱量推定装置とを備えることを特徴としている。

上記発熱量推定装置及び発熱量推定方法並びにごみ貯蔵設備によれば、ピット内のごみのごみ質が全体的な変動しても、クラスタ及び重みの累積値がそれに追従するので、より高い精度でごみの発熱量を推算することができる。

上記発熱量推定装置及び発熱量推定方法において、前記発熱量評価値が、前記焼却炉のプロセスデータであってよい。

これにより、発熱量評価値のために別途の計測や試験が不要であり、また、実際のごみの発熱量と相関関係の高い発熱量評価値を得ることができる。

また、上記ごみ貯蔵設備において、前記発熱量推定装置が、前記焼却炉の運転を制御する制御装置から前記発熱量評価値を取得できるように、前記制御装置と通信可能に接続されていてよい。

これにより、発熱量推定装置は発熱量評価値を自動的に取得することができ、作業者による煩雑な入力作業を省くことができる。

また、上記ごみ貯蔵設備において、前記発熱量推定装置は、推算したごみの発熱量を利用して前記ピット内のごみ発熱量マップを作成し、前記焼却炉の燃焼室までの投入経路にあるごみの発熱量が均一化されるように、前記ごみ発熱量マップに基づいて次に前記焼却炉に投入されるごみを貯えた前記セルを選択し、前記搬送装置は、選択された前記セルと対応する前記ピットのごみを前記焼却炉に投入するように動作してよい。

これにより、ピット内の撹拌を省略して、焼却炉の燃焼室に発熱量の均一化されたごみを供給することができる。また、ごみ発熱量マップに基づいて次に炉内へ投入する大よそのごみ質を事前に把握できるので、ごみ発熱量マップを焼却炉の燃焼制御に利用することができる。

また、上記ごみ貯蔵設備において、前記発熱量推定装置は、推算したごみの発熱量を利用して前記ピット内のごみ発熱量マップを作成し、前記ごみ発熱量マップに基づいて、周囲よりもごみの発熱量の高い第１のセルと、周囲よりもごみの発熱量の低い第２のセルとを特定し、前記搬送装置は、前記第１のセルと対応する前記ピットのごみを、前記第２のセルと対応する前記ピットに移動させるように動作してよい。

これにより、ピット内のごみの発熱量が均一化するように堆積ごみが撹拌されるので、発熱量の均一化されたごみを焼却炉へ投入することができる。

本発明によれば、ごみピット内のごみのごみ質の変動の有無にかかわらず、比較的高い精度でごみの発熱量を推算することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るごみ貯蔵設備を含むごみ焼却プラントの全体的な構成を示す概略図である。 図２は、ごみ焼却プラントの制御系統の構成を示す図である。 図３は、発熱量推定処理に含まれる前処理の流れを示す図である。 図４は、発熱量推定処理に含まれる学習処理の流れを示す図である。 図５は、発熱量推定処理において規定されたセル、撮像画像のヒストグラム、及びラベルを説明する図である。 図６は、発熱量推定処理において重みの累計値を求める方法を説明する図である。 図７は、発熱量推定処理に含まれる発熱量演算処理の流れを示す図である。 図８は、ごみ発熱量マップの一例を示す図である。 図９は、ごみ発熱量マップを用いて均質化されたごみの投入を実現する方法を説明する図である。 図１０は、ごみ発熱量マップを用いてピット内の堆積ごみの均質化を実現する方法を説明する図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、ごみ焼却プラント１００の全体的な構成を示す概略図である。この焼却プラント１００は、本発明の一実施形態に係る発熱量推定方法が適用されるごみ貯蔵設備３を含んでいる、又は、ごみ貯蔵設備３に隣設されている。

図１に示すように、ごみ焼却プラント１００は、ごみを貯蔵するごみ貯蔵設備３と、ごみを焼却する焼却炉１と、焼却炉１の排熱を回収するボイラ２とを備えている。更に、ごみ焼却プラント１００は、ボイラ２で回収された焼却炉１の排熱を利用して発電を行う蒸気タービン８４及び発電機８５を備えている。

〔ごみ貯蔵設備３〕
ごみ貯蔵設備３は、焼却炉１に隣設されて、焼却炉１で処理されるごみを一時的に貯蔵するピット６０が設けられている。ピット６０の上方には、ピット６０内のごみを焼却炉１へ投入するクレーン６が設けられている。クレーン６は、ピット６０のごみを焼却炉１へ搬送する搬送装置の一例である。クレーン６は、走行レール６１、走行レール６１上を走行するガーダ６２、ガーダ６２を横行するトロリ６３、トロリ６３にワイヤロープを介して昇降可能に支持されたバケット６４、及び、クレーン６の動作を制御するクレーン駆動装置６５を備えている。バケット６４は、ガーダ６２の走行、トロリ６３の横行、及びワイヤロープの巻き上げ・巻き下げの組み合わせにより、ピット６０上の任意の位置へ移動することができる。なお、クレーン６は、上記構成に限定されず、公知の構成のクレーン６を採用することができる。

クレーン６は、バケット６４でピット６０内の所定範囲のごみを掴み、そのごみをピット６０内の別の場所に積み替えることによって、ピット６０内を撹拌することができる。また、クレーン６は、バケット６４でピット６０内のごみを掴み、そのごみを焼却炉１の後述する投入ホッパ１２へ投入することができる。なお、図１ではクレーン６と投入ホッパ１２と間にコンベヤが介在しているが、コンベヤは省略されてもよい。

〔焼却炉１〕
焼却炉１は、ストーカ式焼却炉である。但し、焼却炉１はストーカ式焼却炉に限定されず、公知のごみ焼却炉が採用されてよい。

焼却炉１には、主燃焼室１４（一次燃焼室）と、二次燃焼室１９とが設けられている。主燃焼室１４の床部には、階段状に配置された乾燥ストーカ１５ａ、燃焼ストーカ１５ｂ、及び、後燃焼ストーカ１５ｃからなるストーカ１５が設けられている。ストーカ１５は、ごみを下流側へ送り出すように、ストーカ駆動装置４２によって駆動される。ストーカ１５を下方から貫いて主燃焼室１４へ一次燃焼空気５１が供給される。一次燃焼空気５１の供給量は流量調整装置４３によって調整される。また、主燃焼室１４の天井から主燃焼室１４内へ向けて二次燃焼空気５２が供給される。二次燃焼空気５２の供給量は流量調整装置４４によって調整される。ストーカ１５の下流側には、主燃焼室１４から焼却灰を排出する排出シュート１８が設けられている。

主燃焼室１４の入口には、シュート１３を介して投入ホッパ１２が接続されている。投入ホッパ１２へは、ピット６０のごみがクレーン６によって投入される。また、主燃焼室１４の入口には、ごみをストーカ１５上へ送り出すフィーダ４１が設けられている。フィーダ４１によって、主燃焼室１４へ供給されるごみの量が調整される。

上記構成の焼却炉１では、投入ホッパ１２からシュート１３を通じて主燃焼室１４の入口に投入されたごみが、フィーダ４１によってストーカ１５上へ押し出される。ごみは、乾燥ストーカ１５ａ上を通過するうちに、一次燃焼空気５１と主燃焼室１４の輻射熱とにより乾燥され、着火する。着火したごみの一部は、燃焼ストーカ１５ｂ上を通過するうちに熱分解して、可燃性の熱分解ガスを発生する。この熱分解ガスは、一次燃焼空気５１に乗って主燃焼室１４の上部へ移動して、二次燃焼空気５２と共に炎燃焼する。この炎燃焼に伴う熱輻射により、ごみは更に昇温する。また、着火したごみの残部は、燃焼ストーカ１５ｂ及び後燃焼ストーカ１５ｃ上を通過するうちに燃焼し、燃焼後に残った焼却灰は排出シュート１８から排出され、図示しない灰処理設備へ送られる。主燃焼室１４の燃焼排ガスは、主燃焼室１４の下流側の天井部分から吹き出す二次燃焼空気５２と混合され、二次燃焼室１９で完全燃焼する。

〔ボイラ２〕
焼却炉１の二次燃焼室１９の出口はボイラ２と接続されており、焼却炉１の燃焼排ガスはボイラ２に流入する。二次燃焼室１９の出口又は放射室２０の入口近傍には、焼却炉１の燃焼排ガスの温度を検出する温度センサ３８が設けられている。ボイラ２には、放射室２０（第１煙道）、第２煙道２１及び第３煙道２２からなる一連の燃焼排ガスの流路が設けられている。

放射室２０及び第２煙道２１の壁には水管２３が張り巡らされている。水管２３を流れる熱回収水は、放射室２０及び第２煙道２１の熱を回収することにより、一部が気化して蒸気となった状態でボイラドラム２４へ還流する。ボイラドラム２４の蒸気は、過熱器２５へ送られる。ボイラドラム２４から過熱器２５へ送られる蒸気の量（主蒸気量）は、過熱器２５よりも蒸気の流れの下流側に設けられた蒸気流量計３９により計測される。過熱器２５は、第３煙道２２内に設置された過熱管２７を備えている。ボイラドラム２４から送られてきた蒸気は、過熱管２７を通過するうちに更に高温高圧に過熱され、発電機８５を駆動する蒸気タービン８４へ送られる。

ボイラ２を通過した燃焼排ガスは、第３煙道２２に設けられた排気口２９から排気路２８へ排出される。排気路２８には、バグフィルタ８１や誘引式送風機８２などが設けられており、ボイラ２の排ガスは、バグフィルタ８１でダストが分離された後、煙突８３から大気へ排出される。

上記構成のごみ焼却プラント１００の運転は、燃焼制御装置１０によって制御されている。図２は、ごみ焼却プラント１００の制御系統の構成を示す図である。

燃焼制御装置１０は、いわゆるコンピュータであって、プロセッサと、メモリ及び通信インターフェイスなどとを備えている（いずれも図示略）。通信インターフェイスは、プロセッサによって制御されることによって、無線又は有線の通信手段を利用して、フィーダ４１、ストーカ駆動装置４２、流量調整装置４３，４４などとデータを送受信し、また、温度センサ３８や蒸気流量計３９などの各種計器から検出信号を受信する。

燃焼制御装置１０は、温度センサ３８や蒸気流量計３９などの各種計器からの検出信号に基づいて、ごみ焼却プラント１００が安定した運転を行うようにフィーダ４１、ストーカ駆動装置４２、及び流量調整装置４３，４４の動作を制御する。例えば、燃焼制御装置１０は、ボイラ２の負荷変動に応じて蒸気圧力を一定に保つように、燃料であるごみの供給量や、ごみを燃焼するために必要な一次燃焼空気５１及び二次燃焼空気５２の流量を調整する、いわゆる、自動燃焼制御を行う。

〔ごみの発熱量推定方法〕
続いて、ごみ貯蔵設備３のピット６０に堆積しているごみ（以下、「堆積ごみ」と称する）の発熱量を推定する方法及び装置について説明する。

従来、ごみピットからごみ焼却炉へごみを投入する作業は、作業者の目視（モニタ越しを含む）によって行われていた。熟練の作業者は、比較的暗い色調のごみは発熱量が低く、比較的明るい色調のごみは発熱量が高いことを経験で知っている。熟練の作業者は、ごみピット内のごみを目視し、ごみの色に基づいてごみの発熱量を推定し、ごみ焼却炉へ投入されるごみの発熱量が均一化されるように、ごみピット内を撹拌したり、ごみピットから搬出するごみを選択したりしている。

本発明では「比較的暗い色調のごみは発熱量が低く、比較的明るい色調のごみは発熱量が高い」という経験則を利用して、ピット６０の堆積ごみの発熱量を推定する。しかし、堆積ごみの表面から得られる情報だけでは、例えば、堆積ごみの表面から比較的浅い場所に異質なごみが部分的に存在する場合には、クレーン６のバケット６４の一掴みに含まれるごみの発熱量が正しく推定されないことがある。そこで、本発明では、ピット６０の堆積ごみの表面の画像と、焼却炉１の発熱量とに基づいて、より正確な発熱量を推定することとした。

図１及び図２に示すように、貯蔵設備３は、ピット６０に対応して設けられた発熱量推定装置７を備えている。発熱量推定装置７は、ピット６０の堆積ごみの発熱量を推算する発熱量演算部７１と、クレーン６の動作を制御するクレーン制御部７２とを有する。クレーン制御部７２は、発熱量演算部７１が求めた堆積ごみの発熱量の分布に基づいて、クレーン６が堆積ごみを撹拌したり、クレーン６が堆積ごみのうち選択された箇所のごみを焼却炉１へ投入したりするように、クレーン駆動装置６５を動作させる。

発熱量推定装置７は、ピット６０の堆積ごみの表面の撮像画像と、焼却炉１でのごみの燃焼によって得られた熱量とに基づいて、ピット６０の堆積ごみの発熱量を推算する。

発熱量推定装置７は、いわゆるコンピュータであって、プロセッサと、メモリ及び通信インターフェイスなどとを備えている（いずれも図示略）。メモリは、各種のＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどによって実現されてよい。メモリには、プロセッサによって実行される、ＯＳ、各種の制御プログラム、並びにプロセッサによって読み出される各種データを格納する。通信インターフェイスは、プロセッサによって制御されることによって、無線又は有線の通信手段を利用して、燃焼制御装置１０、クレーン駆動装置６５、カメラ６６などとデータを送受信する。

発熱量推定装置７のプロセッサは、メモリに記憶されている各種のプログラムを実行することによって、発熱量演算部７１及びクレーン制御部７２として機能するための各種処理を実行する。換言すれば、発熱量推定装置７における処理は、各ハードウェア及びプロセッサにより実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、メモリ又は他の記憶媒体に予め記憶されている。

発熱量推定装置７は、ピット６０又はクレーン６に設置された単数又は複数のカメラ６６から、ピット６０の堆積ごみの表面の撮像画像を取得する。カメラ６６は、ピット６０の全域を撮像するものに限られず、堆積ごみの表面のうち発熱量を推定する領域を撮像できればよい。

また、発熱量推定装置７は、燃焼制御装置１０から所定の発熱量評価値を取得する。なお、発熱量推定装置７は燃焼制御装置１０から発熱量評価値を逐次取得してもよいし、所定時間ごとにまとめて取得してもよい。但し、発熱量推定装置７は、燃焼制御装置１０で蓄積された発熱量評価値に係るデータを記憶媒体を介して受け取ってもよい。

発熱量評価値とは、クレーン６による一掴みのごみを焼却炉１で焼却したときの発熱量の絶対値又は相対値と相関関係のある値である。本実施形態では、発熱量評価値として、ごみ焼却プラント１００の運転制御に利用されるプロセスデータのうち、ごみの燃焼によって得られた熱量の絶対値又は相対値と相関関係のあるプロセスデータを利用している。このようなプロセスデータには、蒸気流量計３９で検出されたボイラ２の主蒸気量、温度センサ３８で検出された焼却炉１からボイラ２へ流入する燃焼排ガスの温度、燃焼制御装置１０からフィーダ４１へ出力されるごみ供給量指令値、発電機８５の発電量などがある。発熱量評価値としてごみ焼却プラント１００のプロセスデータを利用すれば、発熱量評価値のために別途の計測や試験が不要となり、また、実際のごみの発熱量と相関関係の高い発熱量評価値を得ることができる。

続いて、図３〜６を用いて、発熱量推定装置７の発熱量演算部７１による発熱量推定処理の流れを説明する。発熱量推定装置７は、発熱量推定処理として、学習処理と、学習処理の前処理と、発熱量演算処理とを行う。図３は、前処理の流れを示す図、図４は、学習処理の流れを示す図、図５は、発熱量推定処理において規定されたセル、撮像画像のヒストグラム、及びラベルを説明する図である。

図５に示すように、ピット６０内（又は、ピット６０内の所定領域）は、平面視において仮想的に格子状に区画され、ｍ個のセルが規定されている。各セルのサイズは、クレーン６のバケット６４が一掴みできる大きさに設定されている。

初めに、発熱量推定装置７は、前処理を行う。図３に示すように、発熱量推定装置７は、或る時刻Ｔαにピット６０の堆積ごみの表面の撮像画像を取得する（ステップＳ１）。

また、発熱量推定装置７は、上記時刻Ｔαの堆積ごみにおいて、或るセルのごみの発熱量評価値を取得する（ステップＳ２）。但し、発熱量推定装置７が発熱量評価値を後述するステップＳ５よりも前に取得すれば、その取得タイミングは問わない。発熱量評価値は、望ましくは、時刻Ｔα、時刻Ｔαの撮像画像、及び、セルの識別情報（例えば位置など）と関連付けられている。

ここでは、発熱量評価値として、蒸気流量計３９で検出された主蒸気量を利用する。但し、前述の通り、発熱量評価値は主蒸気量に限定されない。また、発熱量推定装置７は、発熱量評価値から熱量を推算し、その推算された熱量（即ち、ごみの発熱量の推算値）を発熱量評価値に代えて利用してもよい。

ごみが焼却炉１の主燃焼室１４へ供給されてから、そのごみの燃焼によって生じた熱量が主蒸気量に表れるまでの時間Δｔは、実験により、また、シミュレーションにより、求めることができる。例えば、時刻Ｔαの堆積ごみのうち、或るセルのごみの燃焼によって得られた熱量は、当該或るセルのごみが主燃焼室１４へ供給されてから時刻Δｔが経過したときの主蒸気量に表れる。従って、時刻Ｔαの堆積ごみを各セルから一掴みずつ時間差で焼却炉１へ投入し、或るセルのごみが主燃焼室１４へ供給されてから時刻Δｔが経過したときに検出された主蒸気量を、時刻Ｔαの堆積ごみの前記或るセルの発熱量評価値として利用することができる。

次に、発熱量推定装置７は、堆積ごみの撮像画像から各セルの輝度値ヒストグラムを作成する（ステップＳ３）。なお、撮像画像がグレースケール以外である場合には、輝度値ヒストグラムを作成する前に、撮像画像がグレースケールに変換されてよい。グレースケールに変換すれば、処理がより単純となる。一方で、撮像画像がＲＧＢカラーであり、ＲＧＢカラーの輝度値ヒストグラムが作成される場合は、併せてＲＧＢ各成分のヒストグラムも作成される。これにより、撮像画像に緑色系画素量や茶色系画素量が多い場合には有機ごみが多く含まれている、などといったごみ質に係るより詳細な情報を得ることができる。

続いて、発熱量推定装置７は、ｍ個のセルを、ｎ個のラベルＬi（i=１・・・ｎ）にクラス分類する（ステップＳ４）。このクラス分類の結果は大きく偏りがでることがある。ここで、セルがどのラベルＬに分類されるかは、そのセルの輝度値ヒストグラムに基づいて、所定の分類基準に従って決定される。分類基準は、例えば、輝度値ヒストグラムの、黒色系の画素量の割合、白色系の画素量の割合、黒色系の画素量の偏り、白色系の画素量の偏りなどのうち、少なくとも１つであってよい。

続いて、発熱量推定装置７は、取得した発熱量評価値と関連付けられたセルが分類されたラベルＬ_Nに発熱量評価値ｘ_Nを与える（ステップＳ５）。つまり、或るラベルＬ_Nに対し、そのラベルＬ_Nに分類されたセルの発熱量評価値ｘ_Nを関連付ける。なお、ラベルＬの添え字の「Ｎ」は処理回数を表している。

発熱量推定装置７は、処理回数Ｎが所定のクラスタ数ｋより１少ない数となるまで（ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を繰り返し、処理回数Ｎが所定のクラスタ数ｋより１少ない数となれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、前処理を終了する。クラスタ数ｋは任意の実数であるが、例えば、発熱量評価値（又は発熱量）の高い方から高質ごみクラス、基準ごみクラス、及び低質ごみクラスの各クラスを設定するために、クラスタ数ｋを３としてよい。

発熱量推定装置７は、前処理が終わると、学習処理を開始する。図４に示すように、学習処理では、発熱量推定装置７は、先ず、前処理のステップＳ１〜ステップＳ５と同様に、ステップＳ１’〜ステップＳ５’を行う。ステップＳ１’〜ステップＳ５’の内容は、ステップＳ１〜ステップＳ５の内容と実質的に同一であるので、説明を省略する。

続いて、発熱量推定装置７は、ｋ‐平均法を用いて、それまでに発熱量評価値が与えられた総数で（ｋ−１＋α）個のラベルＬ群をｋ個のクラスタに分類する、クラスタ分析を行う（ステップＳ７）。ここで「α」は学習回数を表し、前処理を含めた処理回数Ｎとの関係では「Ｎ＝ｋ−１＋α」が成立する。なお、本実施形態ではクラスタ分析にｋ‐平均法を用いているが、クラスタ分析のアルゴリズムはｋ‐平均法に限らず、例えば、統計的なクラスタ分析手法や、ニューラルネットワークなどを用いて（ｋ−１＋α）個のラベルＬ群をｋ個にクラスタ分析してもよい。

発熱量推定装置７は、クラスタ分析で次の（１）〜（４）の処理を行う。
（１）（ｋ−１＋α）個のラベルＬ群をｋ個のクラスタに割り振る。各クラスタの範囲は、発熱量評価値（又は発熱量）に基づいている。
（２）各クラスタにおいて、クラスタに割り当てられたラベルＬの発熱量評価値の平均値を求めて、それをクラスタの中心Ｖj（j=１・・・k）とする。
（３）各ラベルＬの発熱量評価値ｘと各中心Ｖjとの距離（例えば、ユークリッド距離）を求め、その距離の最も小さいクラスタにラベルＬを割り当て直す。
（４）クラスタを割り当て直したときに、クラスタの割り当てが変化しなかった場合或いは変化量が所定の閾値を下回った場合に、収束したと判断して処理を終了し、余の場合は、新しく割り振られたクラスタで上記（２）と（３）を繰り返す。

以上のステップＳ１’〜Ｓ５’，Ｓ７の処理で、発熱量推定装置７は学習１回目のクラスタ分析結果を得る。そして、発熱量推定装置７は、ステップＳ１’〜Ｓ５’，Ｓ７を学習処理の１サイクルとして繰り返し、複数のクラスタ分析結果を得る。通常、クラスタ分析結果ごとに、各クラスタの持つ領域（即ち、クラスタに割り当てられたラベルの発熱量評価値の範囲）は異なる。そこで、得られたクラスタ分析結果の重み付けを行う。

発熱量推定装置７は、クラスタ分析結果が得られるごとに重みｖを算出する（ステップＳ８）。図６は、発熱量推定処理において重みの累計値Ｗを求める方法を説明する図である。以下、図６を参照しながら、重みの累計値Ｗを求める方法を説明する。

クラスタ分析結果の重みｖの算出方法は、次に示す通りである。
（１）クラスタごとに各ラベルＬi（i＝１・・・ｎ）の占める割合Ｐ（ｐ，Ｌi）を算出する。
Ｐ（ｐ，Ｌi）＝［クラスタｐのラベルＬiの数／クラスタｐのデータ数］
（２）ラベルＬiごとに各クラスタに占める割合Ｐ’（ｐ，Ｌi）を算出する。
Ｐ’（ｐ，Ｌi）＝［クラスタｐのラベルＬiの数／全クラスタのラベルＬiのデータ数］
（３）Ｐ’（ｐ，Ｌi）に基づいて、各クラスタに対し任意の補正値Ｓを決定する。補正値Ｓは、例えば、季節変動値などである。例えば、ラベルＬiの第１クラスタＩに占める割合がＰ’（Ｉ，Ｌi）＝０．６、ラベルＬiの第２クラスタIIに占める割合がＰ’（II，Ｌi）＝０．３、ラベルＬiの第３クラスタIIIに占める割合がＰ’（III，Ｌi）＝０．１の場合に、第１クラスタIの補正値をＳ＝１、第２クラスタIIの補正値をＳ＝０、第３クラスタIIIの補正値をＳ＝−１と設定してよい。
（４）クラスタｐ且つラベルＬiの重みｖ（ｐ，Ｌi）を算出する。重みｖ（ｐ，Ｌi）は、各クラスタｐのラベルＬiごとの出現率を補正値Ｓにより数値化したものである。
ｖ（ｐ，Ｌi）＝Ｐ（ｐ，Ｌi）×Ｋ＋Ｓ
なお、上記においてＫはカウンタを表す。カウンタＫは、例えば、１０００回のクラスタ分析結果が得られるごとに＋１とすることができる。

発熱量推定装置７は、学習回数αが２回目以降である場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、前回（α−１回目）までのクラスタ分析結果の重みの累計値Ｗ（α−１）に、今回（α回目）のクラスタ分析結果の重みｖ（α，ｐ，Ｌi）を加えて正規化を行い、今回のクラスタ分析結果の重みの累計値Ｗ（α）を更新する（ステップＳ１０）。
Ｗ（α）＝Ｗ（α−１）＋ｖ（α，ｐ，Ｌi）

そして、この重みの累計値Ｗを用いることにより、或るラベルＬi（i＝１，・・・，ｎ）がどのクラスタに割り当てられる確率が最も高いかを判断することができる。つまり、或るラベルＬiについて、求めた或るクラスタの重みの累計値Ｗは、その或るクラスタに前記或るラベルＬiが分類される「期待値」と規定することができる。従って、或るセルがラベルＬiに分類された場合、ラベルＬiに関して最大の重みの累計値Ｗを持つクラスタが、ラベルＬiが振り分けられる期待値の最も高いクラスタとなる。そして、そのクラスタの発熱量評価値の平均値をごみの発熱量に換算したものが、上記の或るセルの推定発熱量である。

各ラベルについての重みの累計値Ｗの正確性は、クラスタ分析結果の数、即ち、学習回数αに対応して増加する。発熱量推定装置７は、以上の学習処理で得られた重みの累計値Ｗやクラスタの範囲を用いて発熱量演算処理を行う。以下、図７を参照して、或る時刻Ｔβのピット６０の堆積ごみの発熱量を推算する場合の、発熱量推定処理に含まれる発熱量演算処理の流れを説明する。図７は、発熱量推定処理に含まれる発熱量演算処理の流れを示す図である。

先ず、発熱量推定装置７は、カメラ６６から或る時刻Ｔβのピット６０の堆積ごみの表面の撮像画像を取得する（ステップＳ１１）。次に、発熱量推定装置７は、取得した撮像画像から、対象セルの輝度値ヒストグラムを作成する（ステップＳ１２）。続いて、発熱量推定装置７は、対象セルの輝度値ヒストグラムに基づいて、セルをいずれかのラベルに分類する（ステップＳ１３）。続いて、発熱量推定装置７は、対象セルが分類されたラベルの各クラスタの重みの累計値Ｗを期待値として求め（ステップＳ１４）、最も期待値の大きいクラスタを、対象セルが分類されたラベルが割り当てられるクラスタと決定する（ステップＳ１５）。なお、クラスタは、前述の重みの累計値Ｗを求める処理におけるクラスタと対応している。そして、発熱量推定装置７は、決定したクラスタの発熱量評価値の平均値をごみの発熱量に換算して、対象セルの推定発熱量を求める。

上記の対象セルのごみの推定発熱量を求める処理において、使用される重みの累計値Ｗと、クラスタの発熱量評価値の平均値は、時刻Ｔβの時点で得られている値（望ましくは時刻Ｔβの時点で最新の値）を利用してよい。通常、ごみ焼却プラント１００において主燃焼室１４にごみが供給されてから、そのごみの発熱量がボイラ２の主蒸気量に表れるまで２時間程度である。この２時間程度の間にピット６０のごみ質の際立った変動があるケースは稀であり、発熱量推定装置７が時刻Ｔβよりも２時間程度前の堆積ごみの推定発熱量のデータを利用しても高い精度を維持することができる。

以上のようにして求めたピット６０の堆積ゴミの各セルの推定発熱量をマッピングしたものが、図８に示すごみ発熱量マップである。図８では縦軸がごみの推定発熱量、横軸がピット６０の座標を表す。発熱量推定装置７は、このようなピット６０のごみ発熱量マップを用いて、ごみ質の均質化された（より詳細には、発熱量の均一化された）ごみが焼却炉１の主燃焼室１４に供給されるように、クレーン６の動作を制御する。

〔均質化されたごみの投入〕
図９は、ごみ発熱量マップを用いて均質化されたごみの投入を実現する方法を説明する図である。図９に示すように、ピット６０の各セルのごみを、投入ホッパ１２及びシュート１３内のごみが均質化されるような順番で、投入ホッパ１２へ投入することができる。

発熱量推定装置７は、平均予想ごみ発熱量が所定の設定値に近づくように、次にごみを取り出すセルを選択する。ここで、投入ホッパ１２及びシュート１３にあるごみ、及び、次に投入ホッパ１２に投入されるごみの発熱量の平均値を「平均予想ごみ発熱量」と規定する。例えば、ピット６０のごみが、発熱量の高い方から、高質ごみクラスＩ、基準ごみクラスII、及び低質ごみクラスIIIに分類されている場合に、発熱量推定装置７は、平均予想ごみ発熱量に基づいて次にごみを取り出すセルのクラスを決定する。発熱量推定装置７は、例えば、クラスを基準ごみクラスIIと決定すると、続いて、ピット６０のごみ発熱量マップを利用して選択可能なセルを特定し、その中から一つのセルを選択する。なお、選択可能なセルが複数ある場合には、重みの累計値Ｗの高いセルが選択される。

このように、発熱量推定装置７は、推算したごみの発熱量を利用してピット内のごみ発熱量マップを作成し、焼却炉１の主燃焼室１４までの投入経路（即ち、投入ホッパ１２及びシュート１３）にあるごみの発熱量が均一化されるように、ごみ発熱量マップに基づいて次に焼却炉１に投入されるごみを貯えたセルを選択する。そして、クレーン６は、選択されたセルと対応するピット６０のごみを焼却炉１に投入するように動作する。これにより、ピット６０内の撹拌を省略して、焼却炉１の主燃焼室１４の入口に発熱量の均一化されたごみを供給することができる。

〔ピット６０内の堆積ごみの均質化〕
図１０は、ごみ発熱量マップを用いてピット内の堆積ごみの均質化を実現する方法を説明する図である。図１０に示すように、ピット６０のごみ発熱量マップを用いて、ピット６０内の堆積ごみを撹拌して、ごみ質（特に発熱量）の均質化を図ることができる。

発熱量推定装置７は、先ず、クラスタごとに各ラベルＬi（i＝１・・・ｎ）の占める割合Ｐ（ｐ，Ｌi）を算出する。例えば、高質ごみクラスＩに分類されたＬ1、Ｌ2、及びＬ4のラベルの割合Ｐが、それぞれ、０．９、０．７、０．６である場合に、ラベルＬ1の割合が高質ごみクラスＩ内で最大となる。低質ごみクラスIIIに分類されたＬ6、及びＬ9のラベルの割合Ｐが、それぞれ、０．７、０．８である場合に、ラベルＬ9の割合が低質ごみクラスIII内で最大となる。そこで、発熱量推定装置７は、ラベルＬ1の割り当てられたセルのごみをラベルＬ9の割り当てられたセルのごみに混合させるように、又は、ラベルＬ9の割り当てられたセルのごみをラベルＬ1の割り当てられたセルのごみに混合させるように、クレーン６を動作させる。

このように、発熱量推定装置７は、推算したごみの発熱量を利用してピット６０内のごみ発熱量マップを作成し、ごみ発熱量マップに基づいて、周囲よりもごみの発熱量の高い第１のセル（上記の例では、ラベルＬ1の割り当てられたセル）と、周囲よりもごみの発熱量の低い第２のセル（上記の例では、ラベルＬ9の割り当てられたセル）とを特定する。そして、クレーン６は、第１のセルと対応するピット６０のごみを、第２のセルと対応するピット６０の位置に移動させるように、又は、その逆へ移動させるように、動作する。これにより、ピット６０内のごみの発熱量が均一化するように堆積ごみが撹拌されるので、発熱量の均一化されたごみを焼却炉１へ投入することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る発熱量推定方法は、
Ａ１）焼却炉１に供給されるごみを貯蔵するピット６０内のごみの撮像画像を所定の複数のセルに分割し、セルの各々について撮像画像の輝度値ヒストグラムを作成し、
Ａ２）輝度値ヒストグラムに基づいてセルの各々を所定の分類基準によって複数のラベルに分類し、
Ａ３）複数のラベルのうち或るラベルに、そのラベルに分類されたセルのごみを焼却炉で焼却したときの発熱量を直接的又は間接的に表す発熱量評価値を与え、
Ａ４）以上のＡ１）〜Ａ３）を繰り返して得られた、発熱量評価値が与えられたラベル群を発熱量評価値に基づいて所定の数のクラスタにクラスタ分析し、
Ａ５）クラスタ分析の結果から、クラスタの各々についてラベルごとの出現率を任意の補正値により数値化した重みを求め、
Ａ６）以上のＡ１）〜Ａ５）を繰り返して得られる重みの累計値を期待値とし、複数のラベルのうち任意のラベルについてクラスタの期待値をそれぞれ求め、期待値が最も高いクラスタの発熱量評価値に基づいて任意のラベルに分類されるセルのごみの発熱量を推算する。なお、上記のＡ４）において、発熱量評価値が与えられたラベル群は、望ましくは、それまでに処理に使用してきた全てのラベルであって、そのラベルの数は処理回数に伴って増加する。

また、上記実施形態に係るごみ貯蔵設備３は、焼却炉１に供給されるごみを貯蔵するピット６０と、ピット６０のごみを焼却炉１へ搬送する搬送装置であるクレーン６と、ピット６０内のごみを撮像するカメラ６６と、カメラ６６の撮像画像を利用してピット６０内のごみの発熱量を推算する発熱量推定装置７とを備えている。

そして、上記実施形態に係る発熱量推定装置７は、
Ｂ１）焼却炉１に供給されるごみを貯蔵するピット６０内のごみの撮像画像を取得し、
Ｂ２）撮像画像を所定の複数のセルに分割し、セルの各々について撮像画像の輝度値ヒストグラムを作成し、
Ｂ３）輝度値ヒストグラムに基づいてセルの各々を所定の分類基準によって複数のラベルに分類し、
Ｂ４）セルのうち或るセルについて、そのセルのごみを焼却炉で焼却したときの発熱量を直接的又は間接的に表す発熱量評価値を取得し、
Ｂ５）複数のラベルのうち前記或るセルが分類されたラベルに取得した発熱量評価値を与え、
Ｂ６）以上のＢ１）〜Ｂ５）を繰り返して得られた、発熱量評価値が与えられたラベル群を発熱量評価値に基づいて所定の数のクラスタにクラスタ分析し、
Ｂ７）クラスタ分析の結果から、クラスタの各々についてラベルごとの出現率を任意の補正値により数値化した重みを求めるように構成されている。
更に、発熱量推定装置７は、以上を繰り返して得られる重みの累計値を期待値と規定し、複数のラベルのうち任意のラベルについてクラスタの期待値をそれぞれ求め、期待値が最も高いクラスタの発熱量評価値に基づいて任意のラベルに分類されるセルのごみの発熱量を推算するように構成されている。なお、発熱量推定装置７の以上の各処理は、発熱量演算部７１によって行われる。

上記の発熱量推定方法、ごみ貯蔵設備３及び発熱量推定装置７では、ピット６０内のごみのごみ質の全体的な変動に、クラスタ及び重みの累積値（期待値）が追従する。従って、本実施形態に係る発熱量推定方法、ごみ貯蔵設備３及び発熱量推定装置７によれば、ごみ質の変動の有無にかかわらず、比較的高い精度でごみの発熱量を推算することができる。

そして、各セルのごみの推定発熱量を求めれば、ピット６０の堆積ごみのごみ推定発熱量分布を知ることができる。ごみ発熱量分布は、例えば、ピット６０のごみ発熱量分布マップ（図８、参照）として表すことで、堆積ごみの推定発熱量を可視化することができる。このように、堆積ごみのごみ質を可視化すれば、焼却炉１に投入される堆積ごみの発熱量が均一化されるようにピット６０内のごみを撹拌したり、焼却炉１の主燃焼室１４に供給されるごみの発熱量が均一化されるように、堆積ごみの投入順序を計画したりすることができる。その結果、焼却炉１の主燃焼室１４に供給されるごみの発熱量が均一化され、ごみ焼却プラント１００の安定した自動燃焼制御を実現することができる。また、ピット６０の堆積ごみのごみ推定発熱量分布（ごみ発熱量分布マップ）を利用すれば、次に炉内へ投入される大よそのごみ質を事前に把握できるので、その情報を利用して焼却炉１の燃焼制御を行うことができる。

また、ピット６０に搬入されるごみのごみ質が変化した場合に、発熱量推定装置７はそのごみ質の変動に関する情報を燃焼制御装置１０と共有することができる。例えば、発熱量推定装置７は、定期的にピット６０の堆積ごみの推定発熱量分布などの情報を燃焼制御装置１０へ送信し、燃焼制御装置１０はこの情報を取得し、ピット６０内のごみのごみ質の変化に対して自動燃焼制御のパラメータを変化させる。このようにして、ごみ焼却プラント１００の安定した燃焼運転が可能となる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

１ ：焼却炉
２ ：ボイラ
３ ：ごみ貯蔵設備
６ ：クレーン
７ ：発熱量推定装置
１０ ：燃焼制御装置
１２ ：投入ホッパ
１３ ：シュート
１４ ：主燃焼室
１５ ：ストーカ
１８ ：排出シュート
１９ ：二次燃焼室
２０ ：放射室
２１ ：第２煙道
２２ ：第３煙道
２３ ：水管
２４ ：ボイラドラム
２５ ：過熱器
２７ ：過熱管
２８ ：排気路
２９ ：排気口
３８ ：温度センサ
３９ ：蒸気流量計
４１ ：フィーダ
４２ ：ストーカ駆動装置
４３ ：流量調整装置
４４ ：流量調整装置
６０ ：ピット
６１ ：走行レール
６２ ：ガーダ
６３ ：トロリ
６４ ：バケット
６５ ：クレーン駆動装置
６６ ：カメラ
７１ ：発熱量演算部
７２ ：クレーン制御部
８１ ：バグフィルタ
８２ ：誘引式送風機
８３ ：煙突
８４ ：蒸気タービン
８５ ：発電機
１００ ：焼却プラント

Claims (8)

1. Ａ１）焼却炉に供給されるごみを貯蔵するピット内のごみの撮像画像を所定の複数のセルに分割し、前記セルの各々について前記撮像画像の輝度値ヒストグラムを作成し、
   Ａ２）前記輝度値ヒストグラムに基づいて前記セルの各々を所定の分類基準によって複数のラベルに分類し、
   Ａ３）前記複数のラベルのうち或るラベルに、そのラベルに分類された前記セルのごみを前記焼却炉で焼却したときの発熱量を直接的又は間接的に表す発熱量評価値を与え、
   Ａ１）〜Ａ３）を繰り返して得られた前記発熱量評価値が与えられたラベル群を前記発熱量評価値に基づいて所定の数のクラスタにクラスタ分析し、
   前記クラスタ分析の結果から、前記クラスタの各々について前記ラベルごとの出現率を任意の補正値により数値化した重みを求め、
   以上を繰り返して得られる前記重みの累計値を期待値と規定し、前記複数のラベルのうち任意のラベルについて前記クラスタの前記期待値をそれぞれ求め、前記期待値が最も高い前記クラスタの前記発熱量評価値に基づいて前記任意のラベルに分類される前記セルのごみの発熱量を推算する、
   発熱量推定方法。
2. 前記発熱量評価値が、前記焼却炉のプロセスデータである、
   請求項１に記載の発熱量推定方法。
3. Ｂ１）焼却炉に供給されるごみを貯蔵するピット内のごみの撮像画像を取得し、
   Ｂ２）前記撮像画像を所定の複数のセルに分割し、前記セルの各々について前記撮像画像の輝度値ヒストグラムを作成し、
   Ｂ３）前記輝度値ヒストグラムに基づいて前記セルの各々を所定の分類基準によって複数のラベルに分類し、
   Ｂ４）前記セルのうち或るセルについて、そのセルのごみを前記焼却炉で焼却したときの発熱量を直接的又は間接的に表す発熱量評価値を取得し、
   Ｂ５）前記複数のラベルのうち前記或るセルが分類されたラベルに取得した前記発熱量評価値を与え、
   Ｂ１）〜Ｂ５）を繰り返して得られた前記発熱量評価値が与えられたラベル群を前記発熱量評価値に基づいて所定の数のクラスタにクラスタ分析し、
   前記クラスタ分析の結果から、前記クラスタの各々について前記ラベルごとの出現率を任意の補正値により数値化した重みを求め、
   以上を繰り返して得られる前記重みの累計値を期待値と規定し、前記複数のラベルのうち任意のラベルについて前記クラスタの前記期待値をそれぞれ求め、前記期待値が最も高い前記クラスタの前記発熱量評価値に基づいて前記任意のラベルに分類される前記セルのごみの発熱量を推算する、
   発熱量推定装置。
4. 前記発熱量評価値が、前記焼却炉のプロセスデータである、請求項３に記載の発熱量推定装置。
5. 焼却炉に供給されるごみを貯蔵するピットと、
   前記ピットのごみを前記焼却炉へ搬送する搬送装置と、
   前記ピット内のごみを撮像するカメラと、
   前記カメラの撮像画像を利用して前記ピット内のごみの発熱量を推算する、請求項３又は４に記載の発熱量推定装置とを備える、
   ごみ貯蔵設備。
6. 前記発熱量推定装置が、前記焼却炉の運転を制御する制御装置から前記発熱量評価値を取得できるように、前記制御装置と通信可能に接続されている、
   請求項５に記載のごみ貯蔵設備。
7. 前記発熱量推定装置は、推算したごみの発熱量を利用して前記ピット内のごみ発熱量マップを作成し、前記焼却炉の燃焼室までの投入経路にあるごみの発熱量が均一化されるように、前記ごみ発熱量マップに基づいて次に前記焼却炉に投入されるごみを貯えた前記セルを選択し、
   前記搬送装置は、選択された前記セルと対応する前記ピットのごみを前記焼却炉に投入するように動作する、
   請求項５又は６に記載のごみ貯蔵設備。
8. 前記発熱量推定装置は、推算したごみの発熱量を利用して前記ピット内のごみ発熱量マップを作成し、前記ごみ発熱量マップに基づいて、周囲よりもごみの発熱量の高い第１のセルと、周囲よりもごみの発熱量の低い第２のセルとを特定し、
   前記搬送装置は、前記第１のセルと対応する前記ピットのごみを、前記第２のセルと対応する前記ピットの位置に移動させるように動作する、
   請求項５又は６に記載のごみ貯蔵設備。

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